Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Inquinamento
elettromagnetico e normativa
Docente: Filiberto Bilotti
Sommario (I)
Sorgenti dei campi elettromagnetici
{
{
campi elettromagnetici naturali
campi elettromagnetici artificiali
Caratteristiche dei campi elettromagnetici
naturali e artificiali
Lo spettro elettromagnetico e le diverse
applicazioni
Livelli di campo associati alle principali
sorgenti
IV-I-2
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
1
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Sommario (II)
Definizione dell’impatto elettromagnetico
Definizione delle linee guida, dei livelli di
sicurezza e dei livelli di esposizione
Quadro normativo in ambito europeo e
nazionale
IV-I-3
Sorgenti dei campi
elettromagnetici
In base al tipo di sorgente si è soliti distinguere
i campi elettromagnetici in:
{
campi elettromagnetici naturali
(terra, sole, pianeti, agenti atmosferici, ecc.)
{
campi elettromagnetici artificiali
(elettrodotti, telecomunicazioni, sistemi di
sorveglianza, elettrodomestici, ecc.)
IV-I-4
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
2
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Tipici campi
elettromagnetici naturali
Tipici campi elettromagnetici prodotti da
sorgenti naturali sono:
{
{
{
{
campo magnetico terrestre (statico)
campo elettrico dovuto alla differenza di potenziale
tra suolo e atmosfera (statico)
campo elettromagnetico prodotto da fulmini
campo elettromagnetico prodotto dal sole
IV-I-5
Campo magnetico terrestre (I)
Grecia antica: osservazione delle proprietà
della magnetite
Estremo Oriente: primi esemplari di bussola
Amalfi XIII secolo: perfezionamento della
bussola
W. Gilbert (1600): la terra è un grande
magnete
K. F. Gauss (1832): linee di forza del campo
magnetico terrestre
IV-I-6
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
3
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Campo magnetico terrestre (II)
L’effetto del campo magnetico terrestre è
quello di un dipolo inclinato di circa 11°
rispetto all’asse terrestre (il polo S magnetico
è posto a circa 1800 km dal polo N geografico)
Ai poli il campo magnetico è
più intenso (circa 70 µT),
mentre vicino all’equatore è
meno intenso (circa 20 µT).
IV-I-7
Campo magnetico terrestre (III)
Il campo magnetico terrestre dipende
principalmente dai fenomeni che
caratterizzano l’interno della terra.
Tali fenomeni esistono anche in altri grandi
corpi che sono più o meno vicini alla terra.
L’effetto sulla terra del campo magnetico
statico del sole e della luna è, rispettivamente,
di circa 40 nT e 3.5 nT.
IV-I-8
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
4
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Campo elettrico statico
A causa della differenza di potenziale tra suolo
e atmosfera, esiste un campo elettrico statico la
cui ampiezza varia al variare delle condizioni
meteorologiche e dell’altezza dal suolo:
{
media di 120 V/m in condizioni di bel tempo
{
fino a 300 kV/m in presenza di forti temporali
IV-I-9
Campo elettromagnetico
prodotto dai fulmini
Quando viene superata la rigidità dielettrica a
causa della notevole differenza di potenziale,
si generano scariche di corrente molto intense.
La presenza di un picco di corrente dà vita alla
produzione di un campo elettromagnetico con
frequenze comprese tra 10 kHz e 40 MHz.
L’ampiezza del campo elettrico varia con la
frequenza (valori tipici: 1 mV/m @ 30 kHz; 1
µV/m @ 30 MHz).
IV-I-10
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
5
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Campo elettromagnetico
prodotto dal sole
Tale radiazione
riguarda frequenze
che vanno dalla
decina di MHz fino
ai raggi X.
Alle frequenze per
TLC l’effetto della
radiazione solare
si stima < 1 mV/m.
IV-I-11
Lo spettro elettromagnetico (I)
Spettro elettromagnetico e relative applicazioni
www.lbl.gov
IV-I-12
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
6
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Lo spettro elettromagnetico (II)
IV-I-13
Lo spettro elettromagnetico (III)
Alcune
applicazioni in
ambito
militare.
IV-I-14
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
7
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Lo spettro elettromagnetico (IV)
Classificazione
delle bande di
frequenza tra 3
kHz e 300
GHz.
http://www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/en/index.html
IV-I-15
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (I)
Linee di trasmissione e impianti di distribuzione
dell’energia elettrica (impianto elettrico di casa
ed elettrodotti).
Impianto elettrico di casa:
{
{
{
produce sempre un campo elettrico
produce un campo magnetico quando circola
corrente (la corrente varia al variare degli
apparecchi utilizzatori collegati e accesi)
il livello di campo magnetico di fondo in casa non
supera i 0.2 µT.
IV-I-16
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
8
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (II)
Elettrodotti a 50 Hz:
{
al di sotto degli elettrodotti il campo elettrico è molto
intenso (anche 10 kV/m)
Elettrodotto 380 kV, 1000 A
Campo H
Distanza
Campo E
(m)
(V/m)
(µT)
5
17
1980
2.5
28
830
2
32
649
1
47
287
0.5
68
126
0,2
109
44
0,1
155
21
0,02
>200
<12
Fonte: Associazione ALCE
IV-I-17
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (III)
Elettrodomestici
Fonte:Ufficio Federale per la Sicurezza dalle
Radiazioni, Germania, 1999. L’ampiezza del
campo E è stata valutata alla distanza di 30 cm.
Apparecchiatura
Campo E
elettrica
(V/m)
Stereo
180
Ferro da stiro
120
Frigorifero
120
Frullatore
100
Tostapane
80
Asciugacapelli
80
Televisore a colori
60
Caffettiera elettrica
60
Aspirapolvere
Apparato
Campo H (µT)
Campo H (µT)
elettrico
@ 3 cm
@ 30 cm
@1m
Asciugacapelli
6 – 2000
0.01 – 7
0.01 – 0.03
Rasoio elettrico
15 – 1500
0.08 – 9
0.01 – 0.03
Aspirapolvere
200 – 800
2 – 20
0.13 – 2
Lampada fluorescente
40 – 400
0.5 – 2
0.02 – 0.25
Forno a microonde
73 – 200
4–8
0.25 – 0.6
Radio portatile
16 – 56
1
<0.01
Forno elettrico
1 – 50
0.15 – 0.5
0.01 – 0.04
Lavatrice
Campo H (µT)
0,8 – 50
0.15 – 3
0.01 – 0.15
Ferro da stiro
8 – 30
0.12 – 0.3
0.01 – 0.03
Lavastoviglie
3.5 – 20
0.6 – 30
0.07 – 0.3
50
Computer
0.5 – 30
<0.01
Forno elettrico
8
Frigorifero
0.5 – 1.7
0.01 – 0.25
<0.01
Lampada a incandescenza
5
Televisore a colori
2.5 – 50
0.04 – 2
0.01 – 0.15
IV-I-18
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
9
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (IV)
Broadcasting RadioTelevisivo:
{
{
potenza trasmessa dell’ordine di 10-100 kW
potenza minima per la ricezione
1 mV/m per sistemi radio
0.1 mV/m per sistemi televisivi
Frequenze radio
Radio AM 500-1600 kHz
Radio FM 88-108 MHz
Frequenze TV
VHF-I/II
50-88 MHz
VHF-III
170-220 MHz
UHF-IV/V 470-850 MHz
IV-I-19
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (V)
Telefonia mobile:
{
{
{
{
potenza trasmessa dalla stazione radio base
dell’ordine di 2.5-320 W (tipiche 15-50 W)
potenza trasmessa dal terminale mobile dell’ordine
di 125 mW-20 W (tipiche 125 mW – 1/2 W)
potenza minima per la ricezione da parte del
terminale mobile (circa – 105 dBm)
potenza minima per la ricezione da parte della
stazione radio base (circa – 90 dBm)
IV-I-20
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
10
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (VI)
GSM900 (prima fase: P-GSM)
{
{
890 MHz – 915 MHz
935 MHz – 960 MHz
GSM900 (seconda fase: E-GSM)
{
{
Up-link:
Down-link:
Up-link:
Down-link:
880 MHz – 915 MHz
925 MHz – 960 MHz
GSM1800 (DCS)
{
{
Up-link:
Down-link:
1710 MHz – 1785 MHz
1805 MHz – 1880 MHz
IV-I-21
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (VII)
PCS1900 (GSM in USA)
{
{
Up-link:
Down-link:
1850 MHz – 1910 MHz
1930 MHz – 1990 MHz
UMTS
{
{
Up-link:
Down-link:
1900 MHz – 2025 MHz
2110 MHz – 2200 MHz
IV-I-22
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
11
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (VIII)
GSM 900
Classe
1
2
3
4
5
6
7
8
Mobile(W)
20 W
8W
5W
2W
0.8 W
Mobile(dBm)
43 dBm
39 dBm
37 dBm
33 dBm
29 dBm
SRB(W)
320 W
160 W
80 W
40 W
20 W
10 W
5W
2.5 W
SRB(dBm)
55 dBm
52 dBm
49 dBm
46 dBm
43 dBm
40 dBm
37 dBm
34 dBm
IV-I-23
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (IX)
Classe
1
2
3
4
Mobile(W)
1W
0.25 W
2W
GSM 1800
UMTS
Mobile (dBm)
30 dBm
24 dBm
33 dBm
SRB(W )
20 W
10 W
5W
2.5 W
SRB(dBm)
43 dBm
40 dBm
37 dBm
34 dBm
Classe
1
2
3
4
Mobile(W )
2W
0.5 W
0.25 W
0.125 W
Mobile(dBm)
33 dBm
27 dBm
24 dBm
21dBm
IV-I-24
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
12
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (X)
Wi-Fi e Bluetooth:
Classe
Bluetooth
S tan dard
Frequenza
802.11a
5.150 − 5.350 GHz
5.725 − 5.825 GHz
802.11b,g
2.4 − 2.4835 GHz
2
(fino a10m)
Bluetooth
2.4 − 2.4835 GHz
3
1
(fino a100m)
(fino a1m)
Potenza
Massima
Potenza
Minima
100 mW
1 mW
2.5 mW
0.25 mW
1 mW
N/ A
IV-I-25
Livelli di campo associati alle
principali sorgenti (XI)
Apparati RADAR per diverse applicazioni
(militari, controllo traffico aereo, sorveglianza,
telerilevamento,ecc.)
I RADAR emettono segnali ad impulsi e
lavorano a diverse frequenze e diverse
potenze di picco, a seconda delle applicazioni:
{
{
{
controllo aereo civile (2.7-2.9 GHz, 1.3 MW)
controllo aereo militare (1.3 GHz, 19 kW)
controllo di terra aeroporti (15.7-17.7 GHz, 3 kW)
IV-I-26
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
13
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Definizione dell’impatto
elettromagnetico (I)
La situazione tipica di riferimento può essere
modellizzata in tre fasi:
EMISSIONE
ESPOSIZIONE
ASSORBIMENTO
IV-I-27
Definizione dell’impatto
elettromagnetico (II)
Studio della fase di emissione
{
{
{
{
{
analisi elettromagnetica dei sistemi radianti
modello dell’eccitazione del sistema radiante
determinazione della distribuzione di corrente
(elettrica e/o magnetica) che caratterizza il sistema
radiante
calcolo delle caratteristiche elettriche (impedenza
d’ingresso) e di radiazione (diagramma, guadagno)
conoscenza dei livelli di potenza trasmessa dalle
antenne
IV-I-28
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
14
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Definizione dell’impatto
elettromagnetico (III)
Studio della fase di esposizione:
{
{
{
analisi elettromagnetica dell’ambiente nel quale si
trova il circuito vittima o la popolazione esposta
modelli deterministici e statistici di propagazione del
campo elettromagnetico in diversi tipi di ambiente
(rurale, urbano, indoor, ecc.)
determinazione dei livelli di campo elettromagnetico
che investono il circuito vittima o la popolazione
esposta
IV-I-29
Definizione dell’impatto
elettromagnetico (IV)
Studio della fase di assorbimento (da parte
della materia biologica o da parte di circuiti
elettronici):
{
problemi di compatibilità elettromagnetica
{
interazione elettromagnetica tra campo incidente e circuito
vittima
problemi di bio-elettromagnetismo
interazione tra campo elettromagnetico incidente e tessuti
biologici su scala microscopica
interazione tra campo elettromagnetico incidente e tessuti
biologici su scala macroscopica (dosimetria)
IV-I-30
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
15
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Impatto elettromagnetico
e normativa (I)
La traduzione degli studi scientifici (di carattere
medico, biologico, fisico ed ingegneristico) in
aspetti legislativi è un processo complicato dal
momento che:
{
{
{
coinvolge diversi enti normativi internazionali
coinvolge le esigenze dei governi locali
gli approcci scientifici utilizzati sono diversi e,
pertanto, spesso danno vita a raccomandazioni
normative non congruenti
IV-I-31
Impatto elettromagnetico
e normativa (II)
I principali approcci utilizzati per la
determinazione degli effetti del campo
elettromagnetico sulla popolazione esposta
sono stati:
{
approccio tecnico scientifico
{
i primi tentativi si fanno risalire al 1953 negli USA
approccio epidemiologico
i primi tentativi si fanno risalire agli stessi anni in Unione
Sovietica
IV-I-32
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
16
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Impatto elettromagnetico
e normativa (III)
In USA e in Europa le linee guida e i livelli di
sicurezza per la popolazione sono stati definiti
utilizzando l’approccio tecnico scientifico.
Gli studi di carattere epidemiologico, sebbene
indispensabili per una accurata determinazione
dei livelli di sicurezza, evidenziano una
difficoltà: molti degli effetti considerati (sviluppo
di tumori, ecc.) non sono dimostrabili.
Gli unici effetti dimostrabili sono di natura
termica (aumento della temperatura).
IV-I-33
Impatto elettromagnetico
e normativa (IV)
La definizione delle linee guida, pertanto, parte
dal considerare due aspetti:
{
{
meccanismi di accoppiamento tra campo incidente
e materia biologica
effetti di natura termica
IV-I-34
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
17
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Impatto elettromagnetico
e normativa (V)
Meccanismo di accoppiamento:
{
{
l’assorbimento del campo elettromagnetico da parte
dell’uomo varia al variare della frequenza
(frequenza di risonanza del corpo umano)
nell’intervallo di frequenza delle attuali
telecomunicazioni (da 1 MHz a qualche GHz) il
parametro assunto come riferimento è lo Specific
Absorption Rate (SAR), che si misura in [W/kg].
IV-I-35
Impatto elettromagnetico
e normativa (VI)
Effetti termici:
{
studi epidemiologici mostrano come l’aumento di
temperatura di 1°-2° può avere effetti sulla salute
dell’uomo
Definizione dei livelli di sicurezza:
{
un uomo sottoposto per mezz’ora a campi
elettromagnetici alle frequenze 100 kHz – 300 GHz
tali da produrre un SAR medio su tutto il corpo di 1
– 4 W/kg sperimenta un incremento di temperatura
medio nel corpo inferiore al grado centigrado
IV-I-36
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
18
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Impatto elettromagnetico
e normativa (VII)
Una volta definito il livello di SAR massimo, per
ragioni di sicurezza si indica un valore di
riferimento molto più basso.
Ad esempio, se un SAR medio di 4 W/kg può
produrre un incremento termico di 1° nel corpo,
il livello di sicurezza si pone pari a 0.4 W/kg.
Da questo valore si calcolano poi i limiti di
esposizione in termini di livelli di campo
elettrico, magnetico e densità di potenza.
IV-I-37
Normativa per i campi alle alte
frequenze fino a 300 GHz (I)
Raccomandazione del Consiglio d’Europa (12
luglio 1999)
Frequenza
SARmedio
SAR localizzato
Densità diPotenza
[W / kg]
[W / kg]
2 (capo e tronco)
[W / m2 ]
100kHz − 10MHz
0.08
10MHz − 10 GHz
0.08
10 − 300 GHz
−
4 (arti)
2 (capo e tronco)
4 (arti)
−
−
−
10
IV-I-38
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
19
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Normativa per i campi alle alte
frequenze fino a 300 GHz (II)
Decreto Legislativo n°381 di settembre 1998
(limiti di esposizione, media su 6 minuti)
Frequenza
E
[V / m]
H
[A / m]
Densità diPotenza
[W / m2 ]
100kHz − 3MHz
60
0.2
−
3MHz − 3 GHz
20
0.05
1
3 − 300 GHz
40
0.1
4
IV-I-39
Normativa per i campi alle alte
frequenze fino a 300 GHz (III)
Decreto Legislativo n°381 del settembre 1998
(valori di attenzione, media su 6 minuti)
Frequenza
E
[ V / m]
H
[A / m]
Densità diPotenza
[ W / m2 ]
100kHz − 3MHz
6
0.016
−
3MHz − 3 GHz
6
0.016
0.1
3 − 300 GHz
6
0.016
0.1
IV-I-40
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
20
Laboratorio di
ElettroMagnetismo
Applicato
Normativa per i campi alle alte
frequenze fino a 300 GHz (IV)
Il DL 381/88 oltre a stabilire dei limiti di legge
propone il conseguimento di obbiettivi di qualità
La facoltà di quantificare e tradurre in norma gli
obbiettivi di qualità è data alle Regioni e ai
Comuni
Legge Quadro del febbraio 2001 e Decreto
Attuativo del luglio 2003
{
nel caso delle frequenze della telefonia mobile i
livelli precedenti non sono stati variati
IV-I-41
Università degli Studi ROMA TRE – Facoltà di Ingegneria
Collegio Didattico di Ingegneria Elettronica – a. a. 2005/2006
Antenne per Telecomunicazioni Cellulari – Docente: Filiberto Bilotti
21
